环氧复合材料低温固化剂研究进展

   (1.西北工业大学理学院应用化学系，陕西西安710072;2.西安百衡伯仲复合材料公司，陕西西安710082)
    摘要：低温固化(固化温度低于100℃)可获得高尺寸稳定性、低成本、力学性能优良的环氧复合材料，室温储存期长的低温固化剂体系是低温固化环氧复合材料的关键。重点探讨了微胶囊型、潜伏性以及其它改性环氧低温固化剂，展望了其未来前景及发展方向。
    关键词：环氧树脂;低温固化剂;室温储存期;改性咪哩;微胶囊固化剂
    中图分类号:TQ314.256文献标识码:A文章编号:1004一2849(2007)01一0044一05
    0前言
    环氧树脂是一种性能优异的热固性树脂，力学性能优异，耐化学腐蚀性好，树脂固化物无毒性，和玻璃纤维之间粘接性好，成型加工方便，是用量最大的先进复合材料基体，在众多行业得到广泛应用。为获得力学及耐热性能优良的环氧固化产物，常需高温下固化llj。但高温使得制品材料产生较大的内应力，影响尺寸精度控制，严重时会导致材料提前破坏;同时，高温固化会造成制品芯模、模具等辅助材料选材范围窄，制造工艺复杂和耗能高等问题，不利于成本的降低。此外，有时在制品成型时因带有不耐高温的内附件，也不允许环氧高温固化。环氧低温固化可以极大降低主要由昂贵的模具、高耗能设备及高性能辅料等带来的高费用，且构件尺寸精度高，固化残余应力低，尤其适合制备大型及结构复杂复合材料构件。低温固化而中、高温使用的环氧复合材料不仅用于复合材料工程材料及复合材料构件修补，还用于航空、航天复合材料构件。因此，研制满足各种用途的低温固化环氧树脂体系是一个很重要的发展方向。作为先进复合材料基体，低温固化环氧树脂的研究和使用主要在预浸料制备和湿法直接成型两个方面。
    低温固化常指固化温度低于100℃，且可以在自由状态下进行高温后处理[4一5J。国外环氧复合材料低温固化研究已有近30年历史，1975年美国ACG公司开发出第一个低温固化环氧体系LTM10并开始应用于低成本与高精度被认为是重要因素的领域。随后，一系列低温固化环氧体系应用于制造航空、航天构件。国内近年才开始相关研究，如航空材料研究院开发成功的LT系列低温固化环氧复合材料。 
    1.环氧复合材料低温固化研究 
    环氧复合材料低温固化指固化温度低于100℃，且可以在自由状态下如无压条件下进行高温后处理。虽为低温固化，固化后复合材料力学及耐热性能和高温固化相比没什么明显差别。环氧低温固化剂很多，用于复合材料基体树脂使用的环氧体系必须在室温下有很好的储存期以满足制备工艺要求。故常见低温固化剂因使环氧体系室温下储存期短，不适于制造复合材料，不属于低温固化剂。复合材料环氧基体低温固化主要指低温固化同时，树脂基体具有较长的室温储存期，且低温固化环氧复合材料各方面性能和中高温固化相比相差不大。环氧树脂固化温度主要取决于固化剂及环氧反应活性，虽环氧结构和性质对固化反应活性影响较大，但低温固化的关键在于所用固化剂体系。因此，环氧低温固化工艺重在研究满足室温储存期长而固化温度低的固化剂体系。 
    2.环氧低温固化剂研究 
    随着预浸料干法成型和湿法直接成型工艺的日趋完善，人们已研制出众多低温固化环氧配方体系。低温固化剂关键在于固化剂、促进剂的选择和改性，保证体系贮存期及其它各项性能的前提下改善其使用工艺性，并将固化温度降低至100℃以下是科研工作者的努力方向。
    研究和开发微胶囊固化剂技术和潜伏性固化体系是解决环氧低温固化和较长室温储存期间矛盾的有效方法，也是环氧复合材料低温固化剂的当前主要发展方向门。
    2.1微胶囊固化剂技术
    微胶囊固化剂技术指将固化剂用微胶囊技术包覆起来阻止其与环氧在室温下反应，提高环氧及其预浸料的室温储存期，当加热到一定温度，微胶囊破裂，释放出的固化剂和环氧反应，凝胶、完成固化反应。
    采用乳化技术将固化剂用热塑性树脂包覆起来形成微胶囊，室温下隔绝固化剂与环氧接触，达固化温度时热塑性树脂膜溶解于环氧而释放出固化剂，可同时解决室温储存稳定性、低温固化和韧性。通过多异氰酸醋处理胺、环氧反应物固体颗粒可以改善固化剂的潜伏性。为提高室温储存期，将多元胺和环氧反应制备固化剂颗粒，再通过多异氰酸醋改性制得0.1林m的固化剂颗粒，因多异氰酸醋与颗粒表面活性基团反应形成微胶囊薄膜，在环氧中分散性很好。